Σχεδίαση και ανάπτυξη τυπωμένων κυκλωμάτων αξιολόγησης και περιπτώσεων χρήσης μικροκυματικών και χιλιοστομετρικών πομποδεκτών
Design & development of printed circuit board for evaluation and case study of microwave and millimeter transceivers
Διπλωματική εργασία
Author
Θεοδοσιάδης, Νικόλαος
Date
2024-03-21Keywords
Τυπωμένα κυκλώματα αξιολόγησης ; Διηλεκτρικά υποστρώματα ; Ζωνοπερατό φίλτρο ; Edge-coupled ; Hairpin ; Διαιρέτης Wilkinson ; 5G ; RFIC ; Ka ζώνη ; Χιλιοστομετρικές συχνότητες ; mmWave ; Band-pass filterAbstract
Σε αυτή την διπλωματική εργασία παρουσιάζονται οι απαραίτητες γνώσεις, όπως βρίσκονται στην διαθέσιμη βιβλιογραφία, για την κατανόηση της λειτουργίας και της σχεδίασης ζωνοπερατών φίλτρων σε χιλιοστομετρικές συχνότητες, αλλά και χρήσιμων άλλων διατάξεων όπως διαιρέτες ισχύος και κυκλώματα προσαρμογής με σκοπό να ενσωματωθούν σε ένα τυπωμένο κύκλωμα
αξιολόγησης ενός RFIC/MMIC. Συγκεκριμένα με την βοήθεια του λογισμικού ADS(Advanced Design System) σχεδιάζονται δύο υλοποιήσεις ζωνοπερατού φίλτρου 6ης τάξης τύπου edge-coupled και hairpin, με κεντρική συχνότητα 28GHz, εύρος ζώνης 3.3GHz και απόρριψη 45dB στις συχνότητες 24GHz και 32GHz. Συγκεκριμένα τα φίλτρα συγκρίνονται μεταξύ τους έτσι ώστε να
διερευνηθούν τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα κάθε σχεδίου. Τα φίλτρα βελτιστοποιούνται ηλεκτρομαγνητικά κάνοντας χρήση του προσομοιωτή Momentum Microwave του ADS ενώ αναλύεται στατιστικά και η επίδραση των κατασκευαστικών ανοχών στην συμπεριφορά τους μέσω προσομοίωσης Monte Carlo. Επιπλέον σχεδιάζεται διαιρέτης ισχύος Wilkinson με σκοπό την χρήση
του φίλτρου από τον πομπό και από τον δέκτη στο πλαίσιο λειτουργίας TDD. Τέλος σχεδιάζεται και ένα κύκλωμα προσαρμογής έτσι ώστε να εξασφαλίζεται η μέγιστη μεταφορά ισχύος και η ελαχιστοποίηση των ανακλάσεων ισχύος ειδικά για το ολοκληρωμένο κύκλωμα πομποδέκτη ALTUS28TR.
Abstract
This diploma thesis presents the necessary knowledge, as found in the available literature, for understanding the operation and design process of important components for building an evaluation printed circuit board in order to support the development and commercial launch of an RFIC/MMIC. These components include bandpass mmWave filters, as well as other useful devices such as power dividers and matching circuits. Using the ADS software two versions of a Chebyshev BPF of order 6 are designed, one being an edge-coupled filter and the other being a hairpin filter. The central frequency and bandwidth for both filters are determined to be 28GHz and 3.3GHz respectively, while the insertion loss at 24GHz and 32GHz is aimed to be at least 45dB. In particular a comparison is made between the edge-coupled and hairpin filters to investigate the advantages and disadvantages of each design. The filters are electromagnetically optimized using the Momentum Microwave solver of ADS, while a statistical analysis of the impact of manufacturing tolerances on their response is also conducted through Monte Carlo Simulation. Moreover, a Wilkinson power divider is designed so that the filter can be shared between the transmitter and the receiver in a TDD scheme of operation. Finally a matching circuit is designed for minimizing power reflections specifically for the IC transceiver ALTUS28TR.